CN112736040A - 一种双面焊接的功率模块及焊接工艺 - Google Patents

一种双面焊接的功率模块及焊接工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN112736040A
CN112736040A CN202110160286.XA CN202110160286A CN112736040A CN 112736040 A CN112736040 A CN 112736040A CN 202110160286 A CN202110160286 A CN 202110160286A CN 112736040 A CN112736040 A CN 112736040A
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
ceramic substrate
clad ceramic
welded
welding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110160286.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112736040B (zh
Inventor
凌秋惠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Daozhi Technology Co ltd
Original Assignee
Shanghai Daozhi Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Daozhi Technology Co ltd filed Critical Shanghai Daozhi Technology Co ltd
Priority to CN202110160286.XA priority Critical patent/CN112736040B/zh
Publication of CN112736040A publication Critical patent/CN112736040A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112736040B publication Critical patent/CN112736040B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W70/00—Package substrates; Interposers; Redistribution layers [RDL]
    • H10W70/60—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers
    • H10W70/67—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers characterised by their insulating layers or insulating parts
    • H10W70/68—Shapes or dispositions thereof
    • H10W70/6875—Shapes or dispositions thereof being on a metallic substrate, e.g. insulated metal substrates [IMS]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/10—Arrangements for heating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00—Package configurations
    • H10W90/811—Multiple chips on leadframes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W95/00—Packaging processes not covered by the other groups of this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/071—Connecting or disconnecting
    • H10W72/073—Connecting or disconnecting of die-attach connectors
    • H10W72/07351—Connecting or disconnecting of die-attach connectors characterised by changes in properties of the die-attach connectors during connecting
    • H10W72/07354—Connecting or disconnecting of die-attach connectors characterised by changes in properties of the die-attach connectors during connecting changes in dispositions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/30—Die-attach connectors
    • H10W72/341—Dispositions of die-attach connectors, e.g. layouts
    • H10W72/347—Dispositions of multiple die-attach connectors

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双面焊接的功率模块及焊接工艺，所述功率模块主要包括相对设置的第一覆铜陶瓷基板和第二覆铜陶瓷基板，所述第一覆铜陶瓷基板上通过焊料焊接有电阻及可双面焊接的半导体芯片，第一覆铜陶瓷基板的预焊位置上通过焊料焊接有引线框架，所述半导体芯片间、半导体芯片与电阻间及半导体芯片与第一覆铜陶瓷基板间均通过键合线连接；所述第二覆铜陶瓷基板上通过焊料焊接有与第一覆铜陶瓷基板上的半导体芯片位置和数量对应的第一垫高块，且所述第一垫高块的周围开设有全通定位孔以防止其在焊接过程中发生移位；所述半导体芯片背离第一覆铜陶瓷基板的一侧通过焊料与第二覆铜陶瓷基板对应位置上的第一垫高块进行焊接固定。

Description

一种双面焊接的功率模块及焊接工艺
技术领域
本发明涉及电子器件技术领域，具体涉及一种双面焊接的功率模块及焊接工艺。
背景技术
功率模块是一种将电力电子和集成电路技术结合的功率驱动器件。由于具有高集成度、高可靠性等优势，智能功率模块赢得越来越大的市场，尤其适合于驱动电机的变频器及各种逆变电源，是变频调速、冶金机械、电力牵引、伺服驱动和变频家电常用的电力电子器件。目前，半导体功率模块已广泛使用在电动汽车行业。但是，车用级半导体模块因为工作功率大在芯片部位会堆积极大的热量。这些堆积的热量不及时散掉往往会造成模块的炸裂，因此车用级模块必须具备良好的散热功能。受限于散热性能，传统的芯片单面焊接技术已不能完全满足大功率电动汽车行业的使用要求。与此相反，采用双面焊接技术不仅可以改善模块的散热性能，而且可以提高模块的功率可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种工艺简便且可有效提高模块工作功率可靠性的双面焊接的功率模块及焊接工艺。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种双面焊接的功率模块，主要包括相对设置的第一覆铜陶瓷基板和第二覆铜陶瓷基板，所述第一覆铜陶瓷基板和第二覆铜陶瓷基板均包括烧结一体的上铜层、中间陶瓷层和下铜层，且所述中间陶瓷层的面积大于上、下铜层面积；所述第一覆铜陶瓷基板上通过焊料焊接有电阻及可双面焊接的半导体芯片，第一覆铜陶瓷基板的预焊位置上通过焊料焊接有引线框架，所述半导体芯片间、半导体芯片与电阻间及半导体芯片与第一覆铜陶瓷基板间均通过键合线连接；所述第二覆铜陶瓷基板上通过焊料焊接有与第一覆铜陶瓷基板上的半导体芯片位置和数量对应的第一垫高块，且所述第一垫高块的周围开设有全通定位孔以防止其在焊接过程中发生移位；所述半导体芯片背离第一覆铜陶瓷基板的一侧通过焊料与第二覆铜陶瓷基板对应位置上的第一垫高块进行焊接固定。
进一步地，所述第二覆铜陶瓷基板上焊接有与第一垫高块交错布置的第二垫高块，且所述第二垫高块的高度大于第一垫高块的高度，第二垫高块的周围开设有全通定位孔，第二垫高块背离第二覆铜陶瓷基板的一侧焊接在所述第一覆铜陶瓷基板上。
进一步地，所述引线框架包括焊盘、引脚、功率端子和信号端子；所述第一垫高块和第二垫高块均为金属或金属基复合材质；所述电阻包括热敏电阻和键合电阻；所述键合线包括铜线和铝线。
进一步地，所述焊料为无铅锡膏，且所述焊料的印刷厚度为100-300μm。
一种功率模块的焊接工艺，所述焊接工艺包括如下步骤：
1）将所有半导体芯片及电阻焊接在第一覆铜陶瓷基板上，且在需要焊接引线框架的焊盘位置处预焊焊料，清洗；
2）将第一垫高块和第二垫高块焊接在第二覆铜陶瓷基板的对应位置上，清洗；
3）对第一覆铜陶瓷基板用键合线对各元件进行键合；
4）在第一覆铜陶瓷基板的预焊焊料处添加焊料并焊接引线框架；
5）在第二覆铜陶瓷基板的第一垫高块上印刷焊料，并与第一覆铜陶瓷基板的半导体芯片焊接在一起，所述第二垫高块与第一覆铜陶瓷基板的上铜层焊接；
6）将焊接完成的功率模块进行封装。
进一步地，所述步骤1）到步骤4）中焊料最高温度保持在220-260℃ 之间；所述步骤5）中焊料最高温度保持在240-300℃之间。
进一步地，所述步骤5）中，通过治具在第二覆铜陶瓷基板上放置一定质量的物体或施加一定压力以保证两覆铜陶瓷基板在焊接后的模块上下平面间保持高度一致。
本发明的有益技术效果在于：本发明所述的功率模块采用双面焊接技术，因此该模块具有更好的散热性能，功率可靠性更加稳定。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明所述第一覆铜陶瓷基板的结构示意图；
图3为本发明所述第二覆铜陶瓷基板的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“横向”、“竖向”等术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1-3所示，本发明所述的一种双面焊接的功率模块，主要包括相对设置的第一覆铜陶瓷基板1和第二覆铜陶瓷基板2，所述第一覆铜陶瓷基板1和第二覆铜陶瓷基板2均包括烧结一体的上铜层、中间陶瓷层和下铜层，且所述中间陶瓷层的面积大于上、下铜层面积；所述第一覆铜陶瓷基板1上通过焊料7焊接有电阻3及可双面焊接的半导体芯片4，半导体芯片4包括可双面焊接绝缘栅双极型晶体管（IGBT）及二极管；第一覆铜陶瓷基板1的预焊位置上通过焊料7焊接有引线框架5，所述半导体芯片间、半导体芯片4与电阻间3及半导体芯片4与第一覆铜陶瓷基板1间均通过键合线6连接；所述第二覆铜陶瓷基板2上通过焊料7焊接有与第一覆铜陶瓷基板1上的半导体芯片4位置和数量对应的第一垫高块8，且所述第一垫高块8的周围开设有全通定位孔9以防止其在焊接过程中发生移位；所述半导体芯片4背离第一覆铜陶瓷基板1的一侧通过焊料7与第二覆铜陶瓷基板2对应位置上的第一垫高块8进行焊接固定。
参照图1-3所示，所述第二覆铜陶瓷基板2上焊接有与第一垫高块8交错布置的第二垫高块10，且所述第二垫高块10的高度大于第一垫高块8的高度，第二垫高块10的周围开设有全通定位孔9，第二垫高块10背离第二覆铜陶瓷基板2的一侧焊接在所述第一覆铜陶瓷基板1上。所述引线框架5包括焊盘、引脚、功率端子和信号端子；所述第一垫高块8和第二垫高块10均为金属或金属基复合材质；所述电阻3包括热敏电阻和键合电阻；所述键合线6包括铜线和铝线。所述焊料7为无铅锡膏，且所述焊料7的印刷厚度为100-300μm。
一种功率模块的焊接工艺，所述焊接工艺包括如下步骤：
1）将所有半导体芯片及电阻焊接在第一覆铜陶瓷基板上，且在需要焊接引线框架的焊盘位置处预焊焊料，清洗；
2）将第一垫高块和第二垫高块焊接在第二覆铜陶瓷基板的对应位置上，清洗；
3）对第一覆铜陶瓷基板用键合线对各元件进行键合；
4）在第一覆铜陶瓷基板的预焊焊料处添加焊料并焊接引线框架；
5）在第二覆铜陶瓷基板的第一垫高块上印刷焊料，并与第一覆铜陶瓷基板的半导体芯片焊接在一起，所述第二垫高块与第一覆铜陶瓷基板的上铜层焊接；
6）将焊接完成的功率模块进行封装。
所述步骤1）到步骤4）中焊料最高温度保持在220-260℃ 之间；所述步骤5）中焊料最高温度保持在240-300℃之间。所述步骤5）中，通过治具在第二覆铜陶瓷基板上放置一定质量的物体或施加一定压力以保证两覆铜陶瓷基板在焊接后的模块上下平面间保持高度一致。
本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种双面焊接的功率模块，其特征在于：主要包括相对设置的第一覆铜陶瓷基板和第二覆铜陶瓷基板，所述第一覆铜陶瓷基板和第二覆铜陶瓷基板均包括烧结一体的上铜层、中间陶瓷层和下铜层，且所述中间陶瓷层的面积大于上、下铜层面积；所述第一覆铜陶瓷基板上通过焊料焊接有电阻及可双面焊接的半导体芯片，第一覆铜陶瓷基板的预焊位置上通过焊料焊接有引线框架，所述半导体芯片间、半导体芯片与电阻间及半导体芯片与第一覆铜陶瓷基板间均通过键合线连接；所述第二覆铜陶瓷基板上通过焊料焊接有与第一覆铜陶瓷基板上的半导体芯片位置和数量对应的第一垫高块，且所述第一垫高块的周围开设有全通定位孔以防止其在焊接过程中发生移位；所述半导体芯片背离第一覆铜陶瓷基板的一侧通过焊料与第二覆铜陶瓷基板对应位置上的第一垫高块进行焊接固定。
2.根据权利要求1所述的双面焊接的功率模块，其特征在于：所述第二覆铜陶瓷基板上焊接有与第一垫高块交错布置的第二垫高块，且所述第二垫高块的高度大于第一垫高块的高度，第二垫高块的周围开设有全通定位孔，第二垫高块背离第二覆铜陶瓷基板的一侧焊接在所述第一覆铜陶瓷基板上。
3.根据权利要求1或2所述的双面焊接的功率模块，其特征在于：所述引线框架包括焊盘、引脚、功率端子和信号端子；所述第一垫高块和第二垫高块均为金属或金属基复合材质；所述电阻包括热敏电阻和键合电阻；所述键合线包括铜线和铝线。
4.根据权利要求3所述的双面焊接的功率模块，其特征在于：所述焊料为无铅锡膏，且所述焊料的印刷厚度为100-300μm。
5.一种如权利要求4所述功率模块的焊接工艺，其特征在于：所述焊接工艺包括如下步骤：
1）将所有半导体芯片及电阻焊接在第一覆铜陶瓷基板上，且在需要焊接引线框架的焊盘位置处预焊焊料，清洗；
2）将第一垫高块和第二垫高块焊接在第二覆铜陶瓷基板的对应位置上，清洗；
3）对第一覆铜陶瓷基板用键合线对各元件进行键合；
4）在第一覆铜陶瓷基板的预焊焊料处添加焊料并焊接引线框架；
5）在第二覆铜陶瓷基板的第一垫高块上印刷焊料，并与第一覆铜陶瓷基板的半导体芯片焊接在一起，所述第二垫高块与第一覆铜陶瓷基板的上铜层焊接；
6）将焊接完成的功率模块进行封装。
6.根据权利要求5所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤1）到步骤4）中焊料最高温度保持在220-260℃ 之间；所述步骤5）中焊料最高温度保持在240-300℃之间。
7.根据权利要求5所述的焊接工艺，其特征在于：所述步骤5）中，通过治具在第二覆铜陶瓷基板上放置一定质量的物体或施加一定压力以保证两覆铜陶瓷基板在焊接后的模块上下平面间保持高度一致。
CN202110160286.XA 2021-02-05 2021-02-05 一种双面焊接的功率模块及焊接工艺 Active CN112736040B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110160286.XA CN112736040B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种双面焊接的功率模块及焊接工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110160286.XA CN112736040B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种双面焊接的功率模块及焊接工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112736040A true CN112736040A (zh) 2021-04-30
CN112736040B CN112736040B (zh) 2024-10-22

Family

ID=75596067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110160286.XA Active CN112736040B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种双面焊接的功率模块及焊接工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112736040B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114068478A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 长沙安牧泉智能科技有限公司 一种微铜柱结构及倒装芯片封装结构
CN114630500A (zh) * 2021-10-12 2022-06-14 祥博传热科技股份有限公司 高导热覆铜陶瓷基板的焊装装置
CN114709178A (zh) * 2022-04-06 2022-07-05 无锡利普思半导体有限公司 功率模块及其内部定位方法
CN114899154A (zh) * 2022-06-02 2022-08-12 江苏富乐华功率半导体研究院有限公司 一种高效率双面散热功率模块封装方法
CN116113147A (zh) * 2022-12-27 2023-05-12 上海道之科技有限公司 一种功率模块的热敏电阻连接结构

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104952824A (zh) * 2015-05-07 2015-09-30 嘉兴斯达微电子有限公司 一种用激光阻焊的功率模块
CN105898509A (zh) * 2015-11-26 2016-08-24 乐视网信息技术（北京）股份有限公司 一种实现播放视频时的交互方法及系统
CN111540717A (zh) * 2020-05-06 2020-08-14 晏新海 功率模块
CN214477385U (zh) * 2021-02-05 2021-10-22 上海道之科技有限公司 一种双面焊接的功率模块

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104952824A (zh) * 2015-05-07 2015-09-30 嘉兴斯达微电子有限公司 一种用激光阻焊的功率模块
CN105898509A (zh) * 2015-11-26 2016-08-24 乐视网信息技术（北京）股份有限公司 一种实现播放视频时的交互方法及系统
CN111540717A (zh) * 2020-05-06 2020-08-14 晏新海 功率模块
CN214477385U (zh) * 2021-02-05 2021-10-22 上海道之科技有限公司 一种双面焊接的功率模块

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114630500A (zh) * 2021-10-12 2022-06-14 祥博传热科技股份有限公司 高导热覆铜陶瓷基板的焊装装置
CN114630500B (zh) * 2021-10-12 2024-02-23 祥博传热科技股份有限公司 高导热覆铜陶瓷基板的焊装装置
CN114068478A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 长沙安牧泉智能科技有限公司 一种微铜柱结构及倒装芯片封装结构
CN114709178A (zh) * 2022-04-06 2022-07-05 无锡利普思半导体有限公司 功率模块及其内部定位方法
CN114709178B (zh) * 2022-04-06 2025-01-14 无锡利普思半导体有限公司 功率模块及其内部定位方法
CN114899154A (zh) * 2022-06-02 2022-08-12 江苏富乐华功率半导体研究院有限公司 一种高效率双面散热功率模块封装方法
CN116113147A (zh) * 2022-12-27 2023-05-12 上海道之科技有限公司 一种功率模块的热敏电阻连接结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN112736040B (zh) 2024-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112736040B (zh) 一种双面焊接的功率模块及焊接工艺
US10297522B2 (en) Semiconductor package structure and manufacturing method thereof
CN115101498B (zh) 功率模块、电源系统、车辆及光伏系统
JP4438489B2 (ja) 半導体装置
JP3773268B2 (ja) サンドイッチ構造のマイクロエレクトロニクス構成部材
EP2093792A1 (en) Method for power semiconductor module fabricaton, its apparatus, power semiconductor module and its junction method
US9379049B2 (en) Semiconductor apparatus
CN112864113B (zh) 功率器件、功率器件组件与相关装置
JPWO2012137685A1 (ja) 半導体装置およびその製造方法
KR20200068285A (ko) 양면 냉각 파워 모듈 및 이의 제조방법
JPH11204724A (ja) パワーモジュール
CN112771665B (zh) 封装结构、电动车辆和电子装置
CN112736042A (zh) 一种双面水冷式功率模块
CN215008199U (zh) 功率器件、功率器件组件、电能转换装置及电能转换设备
CN214477385U (zh) 一种双面焊接的功率模块
CN216563091U (zh) 一种双面散热功率模块
WO2023162501A1 (ja) 半導体装置
JP7487614B2 (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電力変換装置
CN218647932U (zh) 一种超声波焊接引线框架的功率半导体模块
CN115050656B (zh) 一种集成续流二极管的氮化镓功率器件以及封装方法
CN214797383U (zh) 双面水冷式功率模块
CN216161733U (zh) 半导体电路
CN216213393U (zh) 一种散热片及半导体电路
CN116504772A (zh) 一种智能功率模块及其封装方法
JP2014175511A (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant